KR20110085361A

KR20110085361A - 초음파 진동자 및 이를 포함하는 초음파 족탕기

Info

Publication number: KR20110085361A
Application number: KR1020100005108A
Authority: KR
Inventors: 김홍일; 정회승
Original assignee: 김홍일; 주성대학산학협력단
Priority date: 2010-01-20
Filing date: 2010-01-20
Publication date: 2011-07-27
Also published as: KR101109158B1

Abstract

본 발명은 초음파 진동자 및 이를 포함하는 초음파 족탕기에 관한 것으로, 원판형 진동소자와 링형 진동소자를 부착하여 구성한 초음파 진동자를 장착한 초음파 족탕기를 제공한다. 본 발명에 의하면, 초음파 진동자는 진동소자의 구조를 원판형-링형의 이중구조로 설계함으로써 생체용 초음파 기기로서 적합한 60kHz~100kHz의 주파수 대역을 설정할 시 초음파 진동자의 외형을 초음파 기기의 용도에 맞게 조절할 수 있는 효과가 있다. 또한 초음파 기기를 사용하는 이용자가 진동이나 소리 등을 인지할 수 있는 효과가 있다.

Description

초음파 진동자 및 이를 포함하는 초음파 족탕기 {ULTRASONIC TRANSDUCER AND ULTRASONIC BATHE TUB FOR LEG}

본 발명은 초음파 의료기에 관한 것으로 상세하게는 초음파 진동자 및 이를 포함하는 초음파 족탕기에 관한 것이다.

초음파 진동자는 전기에너지를 기계적 진동으로 변환시켜 초음파를 발생시키는 장치로서 일반적으로 초음파를 발생시키는 진동소자와 이 진동소자에 접합 되어 진동소자에서 발생된 초음파를 방사하는 역할을 하는 금속진동판으로 구성되어 있다.

도1의 (a)는 종래 초음파 진동자(10)의 단면도를 나타낸 도면이며 도1의 (b)는 A-A'의 단면을 도시한 도면이다. 상기와 같이 초음파 진동자는 금속진동판(12)과 이로부터 연결된 취부관(13)으로 구성되고 취부관(13)의 내부에서 금속진동판(12)의 내측에 진동소자(11)가 부착되어 있는 구조로 이루어진다.

이러한 초음파 진동자는 초음파 가습기, 초음파 자극기, 초음파 피부마사지기, 초음파 족탕기 같은 생활용품부터 초음파 세정기, 초음파 융착기, 정밀계측센서 등과 같은 산업분야 등에 적용되며 의료용으로 초음파 진단기, 초음파 수치료기 등에 활용된다.

한편 족탕기는 내장된 히터로 물을 데워 발의 피로와 혈액순환을 도와주는 기능을 가진 기기로 이러한 족탕기에 생체용 초음파 진동자를 부가함으로써 살균효과와 통증완화 등의 의료효과를 달성할 수 있다.

이렇게 초음파 족탕기와 같이 의료용이나 가정용으로 쓰이는 생체용 초음파 기기에는 MHz 대역의 주파수가 사용되어왔다. 하지만 MHz 대역의 초음파는 미세조직에 직접 영향을 주어 정밀도가 높아지지만 진폭이 매우 약하여 초음파가 발생 되더라도 사용자가 소리나 진동 등을 느끼기가 어려웠다. 그렇기 때문에 이용자가 초음파의 발생사실을 인지할 수 없어 기기의 효과에 대해 불신하거나 기기의 고장으로 오인하는 등 상품성이 떨어지는 문제가 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 유럽 등지에서 생산되는 생체용 초음파 기기에 20kHz~40kHz 대역의 저주파수를 채택한 제품이 있으나 진폭을 적절하게 제어하지 못할 경우 과도한 자극으로 사용자가 불편을 겪거나 화상 등의 피해를 입을 수 있는 문제가 제기되었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 60kHz~100kHz 대역의 주파수의 제품을 사용할 수 있으나 단순히 진동소자의 직경을 조절하여 초음파 진동자를 구성할 경우 진동소자의 외형이 직경 30mm 이하로 한정된다. 그렇기 때문에 100mm 정도의 직경을 가져야 하는 초음파 족탕기에 사용되는 초음파 진동자의 경우 이러한 초음파 기기의 용도에 맞게 외형의 직경을 조절하기 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 생체용 초음파 기기에서 인체에 효과적이고 적용가능한 초음파 대역을 설정함과 동시에 기기의 용도에 맞게 초음파 진동자의 외형을 조절하는데에 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일태양으로 초음파 진동자는 전류를 공급받아 초음파 진동을 발생시키는 원판형 진동소자; 전류를 공급받아 초음파 진동을 발생시키며 상기 원판형 진동소자보다 큰 내경을 가지는 링형 진동소자; 및 상기 원판형 진동소자 및 상기 링형 진동소자가 부착되는 금속진동판; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 원판형 진동소자와 상기 링형 진동소자의 공진주파수는 동일한 것을 특징으로 한다.

또한 상기 원판형 진동소자의 직경은 상기 링형 진동소자의 외경과 내경의 차이와 동일한 것을 특징으로 한다.

또한 이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일태양으로 초음파 족탕기는 상부가 개방되어 수용공간을 갖는 수조; 상기 수조에 장착되어 상기 수용공간 내의 온도를 높이기 위해 마련되는 발열체; 및 상기 수조에 장착되어 상기 수용공간 내로 초음파를 발생시키는 초음파 진동자; 를 포함하되, 상기 초음파 진동자는, 전류를 공급받아 초음파 진동을 발생시키는 원판형 진동소자; 전류를 공급받아 초음파 진동을 발생시키며 상기 원판형 진동소자보다 큰 내경을 가지는 링형 진동소자; 및 상기 원판형 진동소자 및 상기 링형 진동소자가 부착되는 금속진동판; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 초음파 진동자는 진동소자의 구조를 원판형-링형의 이중구조로 설계함으로써 생체용 초음파 기기로서 적합한 60kHz~100kHz의 주파수 대역을 설정할 시 초음파 진동자의 외형을 초음파 기기의 용도에 맞게 조절할 수 있는 효과가 있다. 또한 초음파 기기를 사용하는 이용자가 진동이나 소리 등을 인지할 수 있는 효과가 있다.

도1은 종래의 초음파 진동자를 나타낸 도면이다.
도2는 본 발명에 따른 초음파 진동자를 나타낸 도면이다.
도3는 본 발명에 따른 초음파 진동자를 장착한 족탕기를 나타낸 도면이다.

이하에서는 본 발명에 대하여 보다 구체적으로 이해할 수 있도록 첨부된 도면을 참조한 바람직한 실시 예를 들어 설명한다.

<제1실시예>

도2의 (a)는 본 발명에 따른 초음파 진동자의 단면을 나타낸 도면이고, 도2의 (b)는 도2의 (a)에서 B-B'의 단면을 도시한 초음파 진동자의 도면이다.

도2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 초음파 진동자(100)는 원판형 진동소자(110), 링형 진동소자(120), 금속진동판(130), 취부관(140)을 포함하여 구성된다.

초음파 진동자(100)는 원판형의 금속진동판(130)과 이로부터 연결된 취부관(140)으로 이루어지고 취부관(140)의 내부에서 금속진동판(130) 내의 중심부에 원판형 진동소자(110)와 그 주변에는 링형 진동소자(120)가 배치된 이중구조의 진동소자로 이루어진다.

진동소자는 진동 발생을 위한 구동수단이며 압전소자, 전왜소자 및 자왜소자가 있다. 진동소자는 진동소자를 이루는 재질의 물성에 따라 기계적 진동을 위한 고유의 공진주파수를 가지며 인가되는 전류에 의해 진동을 일으켜 초음파를 발생한다.

본 발명에 따른 진동소자는 원판형 진동소자(110)와 링형 진동소자(120)로 구성되어 있다. 링형 진동소자(120)는 원판형 진동소자(110)의 직경보다 더 큰 내경을 가지며 원판형 진동소자(110)의 주위에 링형 진동소자(120)가 배치되어 이 둘은 하나의 금속진동판(130)에 장착되어 있다.

금속진동판(130)은 알루미늄 또는 스테인레스 스틸등의 재료를 이용하며 진동소자에서 발생된 초음파 대역의 진동을 전달하는 과정에서 진폭을 증폭시키거나 진동에 의해 발생된 열을 방출하는 역할을 한다. 이러한 금속진동판(130)은 진동소자와 접착제로 접착되거나 볼트를 이용해 일체화되어 있다.

취부관(140)은 금속진동판(130)에서 연장되어 진동소자를 보호하는 덮개 역할을 한다.

상기와 같이 진동소자의 공진주파수는 그 재질에 따라 영향을 받지만 주로 형상에 의해서 결정되어 지는데, 다음 식은 원판형 진동소자(110)의 직경과 공진주파수의 관계를 나타낸 식이다.

또한, 다음 식은 링형 진동소자(120)의 직경과 공진주파수의 관계를 나타낸 식이다.

Np는 직경방향의 주파수정수이고 D1는 원판형 진동소자(110)의 직경을 나타내고 D3는 링형 진동소자(120)의 외경을 나타내고 D2는 링형 진동소자(120)의 내경을 나타내며 Fr은 공진주파수를 나타낸다.

여기서 주파수 정수는 압전 진동소자의 재질에 따라 정해지는 값으로 1,800~2,400 정도의 값을 가진다.

본 발명의 실시예에 따르면 초음파 진동자(100)는 금속진동판(130)에 원판형 진동소자(110)와 링형 진동소자(120)가 장착된다. 하나의 금속진동판(130)을 사용할 때 금속진동판(130)에 부착되는 진동소자들은 모두 동일한 공진주파수를 가져야 한다. 그렇기 때문에 본 발명의 실시 예에 따른 진동소자인 원판형 진동소자(110)와 링형 진동소자(120)는 동일한 공진주파수를 가져야 하며 상기 식에 따라 원판형 진동소자(110)의 직경(D1)과 링형 진동소자(120)의 (외경(D3)-내경(D2))의 값이 같은 값을 가져야 한다.

만일, 주파수정수의 값이 2,000일 때, 원판형 진동소자(110)의 직경(D1)이 30mm라면 공진주파수는 67kHz가 되며, 링형 진동소자(120)의 경우 외경(D3) 80mm, 내경(D2) 50mm 일 때 67kHz의 주파수를 가지게 된다.

이는 단일의 원판형 진동소자(110)에 같은 주파수를 가지고 더 넓은 직경을 가지는 링형 진동소자(120)를 주변에 장착함으로써, 더 넓은 진동소자 영역을 만들 수 있다. 그래서 진동소자가 장착되어 있는 금속진동판(130)은 종래 기술의 초음파 진동자(10)의 금속진동판의 직경보다 더 큰 직경을 가질 수 있으며, 이러한 초음파 진동자(100)를 이용하여 초음파 기기의 용도에 알맞게 초음파 진동자(100)의 크기를 조절할 수 있다.

여기서 주파수 정수식은 근사식이며 원료 조성, 진동소자의 두께, 금속진동판의 형상 등에 따라 변화될 수 있으므로 발생가능한 오차를 감안하여 초음파 진동자형상의 크기를 조절할 필요가 있다.

또한, 원판형 진동소자와 링형 진동소자를 동시에 구동하거나 이 둘을 교대로 개별 구동하는 것도 가능하다.

<제2실시예>

도3은 본 발명에 따른 제2실시예의 초음파 족탕기(200)의 도면이다. 도3에 따르면 초음파 족탕기(200)는 발열체(210), 수조(220), 초음파 진동자(100)로 구성되어 있다.

수조(220)는 상부가 개방되어 있으며 발을 충분히 담글 수 있도록 대략 15~18cm의 높이를 갖도록 구성한다.

발열체(210)은 수조(220)에 장착되어 있으며, 전기 저항에 따라 발열하는 니크롬선 등으로 이루어진다.

초음파 진동자(100)는 수조(220)에 장착되어 초음파를 출력하는 역할을 하는 것으로, 제1실시예에 설명된 초음파 진동자(100)의 구성과 동일한 구성을 가지기 때문에 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.

상기 수조(220)에 포함되어 있는 발열체(210)는 수조(220)에 채워진 물을 설정된 온도로 가열시키거나 보온시킬 수 있도록 한다.

그리고, 초음파 진동자(100)는 취부관(140)의 외곽 측에 나사산(미도시)이 형성되어 있고 너트(미도시)에 의해서 수조(220)에 고정 결합됨으로써, 출력된 초음파에 의해 수온을 유지하고 발 지압 효과와 혈액 순환의 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 따른 초음파 족탕기(200)는 원판형-링형의 진동소자로 구성되어진 초음파 진동자(100)를 장착함으로써 사용자의 발을 충분히 지압할 수 있는 초음파 진동자(100) 형상의 크기를 갖추어 사용자의 인체부위로 초음파가 원활하게 전달될 수 있으며 사용자가 진동이나 소리 등을 인지할 수 있는 효과가 있다.

위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시예는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였을 뿐이기 때문에, 본 발명이 상기의 실시예에만 국한되는 것으로 이해되어져서는 아니되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 등가개념으로 이해되어져야 할 것이다.

100 : 초음파 진동자
110 : 원판형 진동자
120 : 링형 진동자
130 : 금속 진동판
140 : 취부관

Claims

전류를 공급받아 초음파 진동을 발생시키는 원판형 진동소자;
전류를 공급받아 초음파 진동을 발생시키며 상기 원판형 진동소자보다 큰 내경을 가지는 링형 진동소자; 및
상기 원판형 진동소자 및 상기 링형 진동소자가 부착되는 금속진동판; 을 포함하는 것을 특징으로 하는
초음파 진동자.
제1항에 있어서,
상기 원판형 진동소자와 상기 링형 진동소자의 공진주파수는 동일한 것을 특징으로 하는
초음파 진동자.
제1항에 있어서,
상기 원판형 진동소자의 직경은 상기 링형 진동소자의 외경과 내경의 차이와 동일한 것을 특징으로 하는
초음파 진동자.
상부가 개방되어 수용공간을 갖는 수조;
상기 수조에 장착되어 상기 수용공간 내의 온도를 높이기 위해 마련되는 발열체; 및
상기 수조에 장착되어 상기 수용공간 내로 초음파를 발생시키는 초음파 진동자; 를 포함하되,
상기 초음파 진동자는,
전류를 공급받아 초음파 진동을 발생시키는 원판형 진동소자;
전류를 공급받아 초음파 진동을 발생시키며 상기 원판형 진동소자보다 큰 내경을 가지는 링형 진동소자; 및
상기 원판형 진동소자 및 상기 링형 진동소자가 부착되는 금속진동판; 을 포함하는 것을 특징으로 하는
초음파 족탕기.
제4항에 있어서,
상기 원판형 진동소자와 상기 링형 진동소자의 공진주파수는 동일한 것을 특징으로하는
초음파 족탕기.
제4항에 있어서,
상기 원판형 진동소자의 직경은 상기 링형 진동소자의 외경과 내경의 차이와 동일한 것을 특징으로 하는
초음파 족탕기.